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Progetto e valutazione di algoritmi per la raccolta dati affidabili su reti di sensori senza cavo dati. A corto raggio, trasmettere e ricevere dati comporta pressoché lo stesso consumo di potenza, ma in generale è la trasmissione di dati che necessita maggiore energia. In tale caso non si deve considerare solo il consumo di potenza attiva, ma anche la potenza di “avvio” della trasmissione, in quanto questa fase ha dei tempi non trascurabili. Basti pensare che non appena le dimensioni del pacchetto da trasmettere diminuiscono, tale potenza tende addirittura a dominare sulla potenza attiva. Di conseguenza, non si può considerare un trasmettitore solo nella fase ON o OFF, perchè una buona parte di potenza viene spesa nel momento in cui si accende. La potenza Pc spesa da una radio può essere sintetizzata dalla seguente formula: [ P T + T ) + P ( T ) ] + N [ P ( R R ) ] P C = NT T ( on st out on R R on + st dove PT e PR rappresentano la potenza consumata nel trasmettere e ricevere, Pout la potenza di uscita dal trasmettitore, Ton e Ron il tempo in cui il trasmettitore e il ricevitore sono nella fase ON, Tst e Rst il tempo in cui il trasmettitore e ricevitore sono nella fase di avvio e NT NR il tempo in cui il trasmettitore e il ricevitore è attivo per unità di tempo. Tipicamente, per trasmettitori a basso consumo di potenza, PT e PR assumono valori dell’ordine dei 20 dBm e Pout attorno agli 0 dBm. In conclusione, il progetto di una rete di sensori e la scelta del protocollo utilizzato sono influenzati da considerazioni sulla potenza. • ELABORAZIONE DATI IN TEMPO REALE Nonostante l’energia spesa nell’elaborazione dei dati sia significativamente inferiore a quella spesa per la loro trasmissione, è comunque un’ aspetto cruciale ridurre al minimo l’elaborazione dei dati sia per risparmiare energia, sia per abbassare il tempo in cui i sensori processano i dati. Ogni nodo deve perciò essere costruito in modo da avere varie abilità computazionali ed essere in grado di interagire con i sensori vicini. 13
Progetto e valutazione di algoritmi per la raccolta dati affidabili su reti di sensori senza cavo Studi specifici, effettuati su CMOS usati in regime digitale, hanno portato alla seguente formula che permette di calcolare approssimativamente la potenza Pp spesa nell’elaborazione dei dati: P p 2 = CV dd f Vdd + Vdd I 0 exp( VT ) n dove C è la capacità totale del carico pilotato dall’elettronica, Vdd è il voltaggio di alimentazione ed f la frequenza media di commutazione. Da notare inoltre che il secondo termine indica la potenza spesa a causa della dispersione di corrente. 1.5.2 Costo È indispensabile che l’utilizzo della WSN sia economicamente conveniente rispetto a soluzioni alternative; d’altro canto solo una produzione di massa dei sensori può abbatterne i costi e incentivarne l’utilizzo. La speranza è che entro pochi anni il costo di un nodo non superi il dollaro, ma attualmente si è ancora lontani da questa previsione: infatti il costo del Bluetooth, il dispositivo radio attualmente più economico, si aggira intorno ai cinque dollari. Si deve poi considerare che un nodo possa disporre anche di altre dotazioni come GPS (Global Positioning System), alimentatori e attuatori che ne fanno aumentare il costo. Piuttosto di sostenere costi di manutenzione talvolta si preferisce smettere di utilizzare i nodi che si guastano, il che risulta economicamente più conveniente se ciò non limita eccessivamente la connettività. 1.5.3 Connettività La capacità dei nodi di comunicare fra loro definisce la connettività. Una rete in cui ogni nodo può comunicare con qualunque altro, anche attraverso multihop (non direttamente ma mediante altri nodi che fungono da ponte), si 14
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